KR20110062385A - 스마트 유리 제조 방법 및 스마트 유리 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 유리 제조 방법은, 유리 기판 표면에 써모크로믹 재료 및 규소 산화물을 포함하는 코팅액을 분사하는 단계; 및 상기 코팅액을 건조시켜, 상기 유리 기판 표면에 코팅막을 형성하는 단계를 포함한다.

Description

스마트 유리 제조 방법 및 스마트 유리{A method for manufacturing smart glass and a smart glass}
본 발명의 실시예들은 스마트 유리 제조 방법 및 스마트 유리에 관한 것이다.
스마트 유리는 외부 환경에 따라 빛 투과도가 변화하는 유리이다. 스마트 유리의 예로는 전기변색(electrochromic) 유리, 써모크로믹(thermochromic) 유리, 써모트로픽(thermotropic) 유리 등이 있다. 전기변색 유리는 전기에 따라 빛 투과도가 변하는 유리이다. 써모크로믹 유리는 온도 또는 열에 따라 가시광선 영역 또는 적외선 영역의 빛 투과도가 변하는 유리이다. 써모트로픽 유리는 온도에 따라 가시광선 영역 또는 적외선 영역의 빛 투과도가 변하는 유리이다.
본 발명의 실시예들은 습식 공정을 이용하여 스마트 유리를 제조하는 방법, 및 상기 방법에 의해 제조된 스마트 유리에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 유리 제조 방법은, 유리 기판 표면에 써모크로믹 재료 및 규소 산화물을 포함하는 코팅액을 분사하는 단계; 및 상기 코팅액을 건조시켜, 상기 유리 기판 표면에 코팅막을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 코팅막은 다층 구조를 형성할 수 있다. 상기 코팅막의 다층 구조는 코팅막을 건조시키는 과정에서 비중에 따른 분배에 의해 형성될 수 있다.
상기 써모크로믹 재료는 이산화바나듐(VO2)이고, 상기 규소 산화물은 이산화실리콘(SiO2)일 수 있다. 상기 코팅막의 규소산화물에 대한 바나듐산화물의 몰 조성비가 5:5 이상일 수 있다. 본 실시예에 따른 스마트 유리 제조 방법은, 상기 코팅막 상에 규소산화물 층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 코팅막의 두께는 500μm 이하가 되도록 제작될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 유리는, 유리 기판; 및 상기 유리 기판 상에, 바나듐산화물 및 규소 산화물을 포함하는 코팅액을 이용하여 습식 코팅된 광투과도 조절층을 포함하고, 상기 광투과도 조절층은 규소산화물에 대한 바나듐산화물의 몰 조성비가 5:5 이상이다. 본 실시예에 따른 스마트 유리는, 상기 광투과도 조절층 상에 규소 산화물층을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 광투과도 조절층은 두께가 500μm 이하일 수 있다. 상기 광투과도 조절층은 다층 구조를 형성할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 습식 공정을 이용하여 스마트 유리를 제조하여, 스마트 유리의 코팅막을 다층 구조로 형성할 수 있는 효과가 있다. 또한, 저온 또는 상온에서 스마트 유리를 제조하여, 코팅 과정 중에 열에 의해 유리의 강화가 풀리거나 구조가 변하는 문제점을 방지할 수 있다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명한다. 하기의 설명 및 첨부된 도면은 본 발명에 따른 동작을 이해하기 위한 것이며, 본 기술 분야의 통상의 기술자가 용이하게 구현할 수 있는 부분은 생략될 수 있다.
또한 본 명세서 및 도면은 본 발명을 제한하기 위한 목적으로 제공된 것은 아니고, 본 발명의 범위는 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다. 본 명세서에서 사용된 용어들은 본 발명을 가장 적절하게 표현할 수 있도록 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 써모크로믹 재료를 유리 기판에 코팅하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 액체 상태의 코팅액을 유리 기판(130) 상에 분사하고, 분사된 코팅액을 건조시켜, 유리 기판(130) 상에 써모크로믹 물질을 코팅한다. 이를 위해 도 1에 도시된 바와 같이, 코팅 노즐 헤드(110)가 이동하면서 유리 기판(130)의 표면에 코팅액을 분사한다. 코팅 제어부(120)는 코팅 노즐 헤드(110)의 이동 및 코팅 노즐 헤드(110)로의 코팅액 공급을 제어한다. 그러나 코팅액을 유리 기판(130)에 분사하는 방법에는 다양한 실시예가 있으며, 본 발명의 범위는 도 1에 도시된 실시예로 한정되지 않는다.
도 2는 코팅액을 분사하는 과정을 일 측면에서 바라본 모습이다. 도 2에 도시된 바와 같이 코팅액이 유리 기판(130) 상으로 분사되면, 코팅액 막(210)이 유리 기판(130) 상에 형성된다.
유리 기판(130)은 창유리로 사용되는 판유리이며 투명성, 평활성을 가지고 있으면 특별히 한정되지 않고, 재질, 두께, 치수, 형상 등은 목적에 따라 적절히 선택할 수 있다.
코팅액은 써모크로믹 재료와 규소 산화물을 포함한다. 본 발명의 일 실시예는 써모크로믹 재료와 규소 산화물을 포함하는 코팅액을 이용하여, 다층 구조를 형성하는 코팅막을 얻을 수 있다. 써모크로믹 재료와 규소 산화물은 그 비중이 다르기 때문에 건조 과정에서, 비중에 따른 분배에 의하여 다층 구조의 코팅막이 형성될 수 있다.
써모크로믹 재료는 특정 온도에서 금속-반도체 상전이(MIT, metal insulator transition)현상이 일어나는 특징이 있다. 즉, 주변 온도가 써모크로믹 재료의 상전이 온도보다 높은 경우 써모크로믹 재료은 적외선을 차단 또는 반사한다. 주변 온도가 써모크로믹 재료의 상전이 온도보다 낮은 경우 써모크로믹 재료는 적외선을 투과한다.
써모크로믹 재료는 예를 들면 산화바나듐(VxOy)일 수 있으며, 예를 들어 바나듐과 산소의 양론비가 1:2인 이산화바나듐 VxOy (x:y =1 : 2), 산화바나듐VOx(x<2) 또는 오산화바나듐VxOy (x:y =2 : 5)일 수 있다. 산화바나듐 VOx(x<2)을 포함하는 이유는 산화바나듐이 균질한 구조에서는 이산화바나듐 VxOy (x:y =1 : 2)으로 존재하나 불균질한 구조에서는 상이 비교적 적게 산화되어 있고, 경우에 따라서는 금속 원자 상태의 바나듐 원자를 그대로 수반하고 있을 수 있기 때문이다. 특히 이산화바나듐(VO2)의 경우 약 68도씨의 상전이 온도를 가지는 것으로 알려져 있다. 즉 이산화바나듐(VO2)은 68도씨 보다 높은 온도에서 금속적인 상태를 가지며, 적외선을 차단 또는 반사한다. 또한 이산화바나듐은 68도씨 보다 낮은 온도에서 반도체적인 상태를 가지며 적외선을 투과한다. 써모크로믹 재료는 산화바나듐 외에도 전이 온도 안팎에서 적외선 투과율이 현저하게 변화하는 재료라면 어느 것이든 사용할 수 있다.
규소 산화물은 이산화규소(SiO2)일 수 있다. 규소 산화물은 유리 기판과 친화력이 높기 때문에, 본 발명의 실시예들은 코팅액에 규소 산화물을 포함시켜, 코팅막과 유리 기판의 응집력을 높인다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 코팅액을 유리 기판에 분사한 후의 모습을 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 코팅액을 유리 기판(130)에 분사하면, 액체 상태의 코팅액 막(210)이 유리 기판(130) 상에 존재한다. 이러한 상태로 코팅액에 포함된 용매를 증발시켜 코팅액 막(210)을 건조시키면 고체 상태의 코팅막이 형성된다. 코팅액 막(210)을 건조시키는 과정에서, 용매는 증발하고, 써모크로믹 재료의 막을 형성할 수 있다.
졸겔법에의해 써모크로믹 특성을 나타내는 이산화바나듐막을 형성하는 방법으로 다음과 같은 방법을 사용할 수가 있다.
VCl4 + 4LiNEt2 → V(NEt2)4 + 4LiCl
V(NEt2)4 + 4ROH → V(OR)4 + 4Et2NH
nV(OR)4 + 2nH2O → (VO2)n + 4nROH
(참조문헌 : Can.J.Chem.1962.Vol40.pp1183)
이산화바나듐막의 광학적 성질을 조절하기위해서는 코팅막의 굴절률을 조절할 필요가 있다. 이산화바나듐의 굴절률은 약 2.8로 비교적 굴절률이 높은 광학 소재이다. 따라서 박막의 광학적 특성을 필요에 따라 조절하기 위해서는 굴절률을 조절하기위한 수단이 필요하다. 이를 위해 굴절률이 약 1.5로 낮은 이산화규소로 막구성성분의 일부를 치환하여 혼성막을 형성하면 낮은 굴절률의 막을 형성할수 있다.
아래 화학반응식은 이산화바나듐의 일부를 이산화 규소로 치환하는 반응식을 표기한 것이다.
nV(OR)4 + mSi(OR)4 + 2(n+m)H2O → {(1/m)VO2-(1/n)SiO2}nm + 4(n+m)HOR
위와 같은 반응을 이용하면 바나듐알콕사이드에 첨가되는 실리콘알콕사이드의 함량에 따라서 막중에서 치환되는 SiO2의 성분비가 조절이되고 굴절률이 2.8~1.5까지 필요에 따라 조절이 가능해진다.
하기식은 바나듐테트라이소프로폭시드를 사용한 일례를 나타낸다.
nV(OCH(CH3)2)4 + mSi(OCH2CH3)4 + 2(n+m)H2O → {(1/m)VO2-(1/n)SiO2}nm + 4nHOCH(CH3)2 + 4mHOCH2CH3
<특성데이타>
예1 : n=0, m=1일 때 굴절률=1.45
예2 : n=1, m=0일 때 굴절률=2.82
예3 : n=0.7, m=0.3일 때 굴절률=1.95
<실험예>
예1 : 테트라에톡시실란 173g과 물 30g을 에탄올용액으로 희석하여 500ml용액을 만들고 질산으로 ph=2를 맞춘다음 섭씨 60도에서 1시간 교반하여 약 10% SiO2졸액을 얻는다. 상온으로 낮춘후 상기 졸액 10g을 메탄올 20ml, 에탄올 40ml, 이소프로필알콜 30ml로 희석후 코팅을 실시하였다. 코팅막을 섭씨 300도에서 1시간 소성후 굴절률을 측정하였다.
예2 : Can.J.Chem.1962.Vol40.pp1183에 따라 V(OR)4을 합성한 후, 5g의 V(OR)4을 200ml의 에탄올, 200ml의 이소프로필알콜과, 100ml의 부탄올로 희석하여 코팅후 소성하여 굴절률이 2.82인 막을 얻었다.
예3 : 예1에서 합성한 10% SiO2액 15g과, 예2에서와 같은 방법으로 준비한 V(OR)4 5g을 200ml의 에탄올, 200ml의 이소프로필알콜과 100ml의 부탄올로 희석하여 코팅후 소성하여 굴절률이 1.95인 막을 얻었다.
또한 상기 코팅막(210)의 두께가 500μm 이하가 되도록, 코팅액의 양과 조성을 조절할 수 있다. 코팅막의 두께를 조절하기위해서는 코팅액의 용매조성을 조절하거나 코팅속도를 조절하여 막두께를 조절할수 가 있으며 보통의 딥코팅에서는 1회 코팅시 약 50~200nm의 코팅막 두께를 얻을 수 있고, 필요에 따라 2차 또는 3차코팅을 실시하여 코팅막을 두껍게 할수도 있으나 막이 두꺼워지면 투과율이 떨어지거나 균일한 막두께 조절이 어려워진다. 일반적인 광학막의 특성은 1회 코팅으로도 광학막의 특성을 나타낼수 있다. 또한 이산화바나듐과 이산화규소의 혼성으로 형성된 막위에 반사방지 및 막보호 목적 등 제2의 기능을 부여하기위하여 이산화규소등 제2의 막을 형성할수도 있다. 상기 제2의 막은, 이산화규소, 이산화티탄, ITO, ATO, ZnO 등으로 이루어질 수 있고, 이러한 재료는 투명하고 광학적으로 막 형성이 쉬운 장점이 있다.
상기 코팅액은 이산화규소의 양이 늘어날수록 막중의 써모크로믹 특성을 갖는 이산화바나듐의 비율이 낮아지므로 코팅막에서 규소산화물에 대한 바나듐산화물의 몰 조성비가 50% 이상이 되도록 그 조성이 결정될 수 있다. 나아가, 코팅막의 굴절율을 조절하기 위하여, 코팅막에서 원하는 규소산화물에 대한 바나듐산화물의 몰 조성비를 얻도록, 코팅액에서, 규소산화물과 바나듐산화물의 조성을 조절할 수 있다.
써모크로믹 층은 유리 기판 상에 적층되기 때문에, 이산화규소를 주 성분으로하는 유리 기판과 써모크로믹 층 사이의 굴절률 차이로 인하여, 스마트 유리의 반사율이 증가한다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 써모크로믹 층을 보호하기 위하여, 써모크로믹 층 상에 이산화규소 층과 같은 규소 산화물 층(410)이 적층될 수 있다. 그런데 예1과 예2에 나타난 바와 같이, 이산화규소 막과 이산화바나듐 막은, 굴절률 차이가 약 1.4 정도이고, 이러한 굴절률 차이로 인하여, 이산화바나듐 만으로 구성된 써모크로믹 층에 이산화규소막이 적층된 스마트 유리는 반사율이 증가하게 된다. 본 발명의 실시예들은, 굴절률 차이로 인한 반사율 증가를 방지하기 위하여, 써모크로믹 층에서 이산화규소의 조성을 증가시켜 층 간의 굴절률 차이를 감소시킨다. 이때, 써모크로믹 층이 써모크로믹 특성을 유지하도록 하기 위하여, 써모크로믹 층에서 규소산화물에 대한 바나듐산화물의 몰 조성비를 5:5 이상으로 유지한다.
이제까지 본 발명에 대하여 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명을 구현할 수 있음을 이해할 것이다. 그러므로 상기 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 특허청구범위에 의해 청구된 발명 및 청구된 발명과 균등한 발명들은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 써모크로믹 재료를 유리 기판에 코팅하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 코팅액을 유리 기판에 분사한 후의 모습을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 스마트 유리를 나타낸 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 설명>
110: 코팅 노즐 헤드
120: 코팅 제어부
130: 유리 기판
210: 코팅액 막
410: 규소 산화물 층

Claims (11)

  1. 유리 기판 표면에 써모크로믹 재료 및 규소산화물을 포함하는 코팅액을 분사하는 단계; 및
    상기 코팅액을 건조시켜, 상기 유리 기판 표면에 코팅막을 형성하는 단계를 포함하는, 스마트 유리 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 코팅막은 다층 구조를 형성하는, 스마트 유리 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 써모크로믹 재료는 이산화바나듐(VO2)이고, 상기 규소 산화물은 이산화실리콘(SiO2)인, 스마트 유리 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 코팅막의 규소산화물에 대한 바나듐산화물의 몰 조성비가 5:5 이상인, 스마트 유리 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 코팅막 상에 규소산화물 층을 형성하는 단계를 더 포함하는, 스마트 유리 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 코팅막의 두께가 500μm 이하인, 스마트 유리 제조 방법.
  7. 제1항 내지 제6항에 따른 스마트 유리 제조 방법으로 제조된 스마트 유리.
  8. 유리 기판; 및
    상기 유리 기판 상에, 바나듐산화물 및 규소산화물을 포함하는 코팅액을 이용하여 습식 코팅된 광투과도 조절층을 포함하고,
    상기 광투과도 조절층은 규소산화물에 대한 바나듐산화물의 몰 조성비가 5:5 이상인, 스마트 유리.
  9. 제8항에 있어서, 상기 광투과도 조절층 상에 규소 산화물 층을 더 포함하는, 스마트 유리.
  10. 제8항에 있어서, 상기 광투과도 조절층은 두께가 500μm 이하인, 스마트 유리.
  11. 제7항에 있어서, 상기 광투과도 조절층은 다층 구조를 형성하는, 스마트 유리.
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